微電網中集裝箱儲能系統的應用

許文文

摘要：為改善微電網電能質量，本文提出了一套適用于微電網的集裝箱儲能系統，該集裝箱儲能系統主要包含磷酸鐵鋰電池簇、電池管理系統、功率變換系統和儲能監控系統，詳細介紹了每個系統的作用及相互間的聯系，并論述了其應用。

關鍵詞：微電網;集裝箱儲能系統;應用

1微電網

微電網（Micro-Grid）也譯為微網，是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、負荷、監控和保護裝置等組成的小型發配電系統。開發和延伸微電網能夠充分促進分布式電源與可再生能源的大規模接入，實現對負荷多種能源形式的高可靠供給，是實現主動式配電網的一種有效方式。

2集裝箱儲能系統

其主要由儲能電池簇、電池管理系統（BMS）、功率變換系統（PCS）、儲能監控系統（EMS）等組成。其技術核心是電池模塊和電池簇結構設計、電池管理系統技術、電池系統的控制技術、熱管理系統設計等。在集裝箱儲能系統中儲能電池簇、電池簇控制單元、PCS以及電網構成動力主回路，進行電能的轉換和輸入輸出。儲能電池管理模塊（BMU）、組端采集模塊（BCMU）、儲能系統管理單元（BAMS）、PCS以及EMS構成通信網絡，傳輸采集數據、報警信息和控制信號，實現對儲能系統的即時控制。BMU與儲能電池直接連接，獲取單體電池的電壓、溫度、SOC等信息，其中均衡模塊可以對電池進行均衡維護。BCMU連接至整組電池及動力主回路，可采集組端電壓、主回路電流等信息。其中斷路器（QF）、直流接觸器（KM）和熔斷器（FU）構成主電路的保護和控制結構，分流器（FL）用于采集電池簇電流。

3兆瓦級集裝箱儲能系統

本文以某地區為例，該地區為了實現儲能與光伏能源互補，平滑隨機氣象、技術原因引起的新能源間隙性波動，實現清潔能源高效利用，同時達到針對峰谷電價策略，按照夜儲日供的策略，減少單位用電支出的目的，建設了總容量為1.5MWh的集裝箱儲能系統，見圖1。該集裝箱式電池儲能系統是以40尺標準集裝箱為載體，將磷酸鐵鋰電池系統、PCS、BMS、EMS、空調系統、消防系統、配電系統等集中在一個特制箱體內，以實現高集成度、大容量、可移動的儲能裝置，具有隔熱、恒溫、消防阻燃、防風沙等特點，滿足復雜環境下的使用。

3.1磷酸鐵鋰電池簇

其具有較高的安全性，電池不會因過充、過放、溫度過高、短路、撞擊而產生爆炸或燃燒。同時磷酸鐵鋰電池為綠色環保電池，不含重金屬與稀有金屬，無毒、無污染。為達到系統功率和容量要求，電池簇設計時采用8簇電池并聯，每簇96個6.4V320Ah電池模塊串聯，串并聯后總容量達到1.57MWh。

3.2BMS電池管理系統

3.2.1系統功能

BMS通過三層模塊實時檢測和上傳電池及電池簇電壓、溫度、電流等電池參數，估算電池SOC、SOH、電量等能量狀態，電池報警和保護，電池簇均衡，BMS故障診斷，與其他系統通信，實現電池智能管理。BMU實現電池電壓和溫度模擬量測量、電池電壓和溫度異常報警和上報、電池SOC和SOH估算、電池均衡等功能。BCMU實現電池簇電壓、電流、環境溫度、絕緣電阻檢測，電池簇電壓、電流、環境溫度、絕緣異常報警，電池簇SOC估算，執行電池簇保護，單體電池信息上傳等。BAMS上傳和匯總展示電池及電池簇信息，電量計算，BMS系統內故障診斷，BMS參數設定，電池簇就地監控，與PCS和EMS通信等。

3.2.2通訊

BMU、BCMU、BAMS之間通過CAN總線高速率通訊，能夠實時獲取電池電壓、電流、SOC、溫度等信息。同時自下而上地采集信息和自上而下地控制信號都能及時送達，保證了系統控制的即時和準確。BMS和PCS采用基于RS485接口的MODBUS協議通信。BMS與上級監控主機使用RJ45通信，數據傳輸采用TCP/IP及MODBUS協議。因此通過遠程服務器經以太網可對集裝箱儲能系統進行實時監控與數據管理，實現遙測、遙信、遙控，使儲能系統得以及時的維護，保證儲能系統的安全運行，提高供電系統的可靠性。

3.3PCS

電池簇通過功率變換系統與電網交換能量，起到了電池與電網間連接的接口作用，實現能量在電池與電網間的雙向交換。該儲能系統需要實現四組電池的單獨控制，通過投切靈活配置容量，DC/DC變換器采用下垂控制。由于單級型功率變換系統拓撲結構容量不能隨時改變，儲能系統電壓輸出不穩定，均流特性較差。該微電網中的功率變換系統作為光儲互補系統的一部分，需要實現多組電池的獨立控制、系統容量的自由配置及根據實際情況投切電池簇，故功率變換系統設計為多級型拓撲結構。多級型功率變換系統將蓄電池簇產生的直流電能先經過DC/DC變換器升壓，再供給PWM變流器作為直流側輸入電壓，經逆變后輸入電網。反之電網產生的交流電能，經過PWM變流器整流成直流電壓，經過DC/DC變換器降壓，輸出儲能電池簇的充電電壓。

3.4EMS

其搭載在控制主機上，采用B/S架構設計，通過以太網通信獲取電池、BMS、PCS的基本信息以及儲能系統工作環境狀態信息等基本數據，并對其處理分析，智能管理、控制調度電池模塊充放電;EMS具有可視化交互界面，實時更新顯示儲能系統狀態;EMS將運行過程中的儲能系統狀態數據、故障報警數據、工作人員操作信息等，記錄并存入數據庫，以供調用、查詢。EMS還能對電池做在線的、實時的健康狀態評估，便于用戶及時了解電池的性能，提高工作效率，減少工作負擔。

4微電網中集裝箱儲能系統的應用

微電網中應用集裝箱儲能系統，其能根據峰谷特性，在谷段對電池進行充電，將多余電能儲存起來，在峰段將能量回饋給電網。風電、光伏發電系統可以根據微網系統控制選擇接入母線;接入母線時，可以將風電、光伏等能量儲存起來，真正實現了“負荷調節、配合新能源接入、彌補線損、功率補償、提高電能質量”，也可以實現孤網運行功能。儲能電池簇充電結束處于備用狀態，可由后臺統一控制回饋電網。以兆瓦級儲能系統作為一個單元，適用范圍廣，可以通過多個單元并聯組合擴充容量。

5結束語

儲能系統接入微電網，可以作為后備電源提供短時供電，也能夠解決電壓跌落、瞬時供電中斷等動態電能質量問題，通過調壓、調頻以及系統故障時的低電壓穿越等維持系統穩定，通過向電網及負荷提供有功和無功補償、維持電壓穩定，改善微電網電能質量。因此儲能系統成為調節微電源性能，保證負荷供電質量，抑制系統振蕩的重要環節。所以本文對微電網中集裝箱儲能系統的應用進行了探討。

參考文獻

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[2]陳照光.基于改進的人工蜂群算法的微電網儲能系統容量優化配置[J].上海電力大學學報，2021，37（5）：415-421.